2. Descripción del material audiovisual
2.5 Explotación de los materiales según objetivos
Para analisar a capacidade do módulo fotovoltaico em equilibrar as emissões de CO2 de seu processo de produção, ou ainda sua capacidade em auxiliar na mitigação das emissões de CO2 na produção de energia, é preciso fazer um levantamento mais apurado
tanto das emissões ocorridas em seu processo de produção quanto das emissões de CO2 das fontes energéticas utilizadas.
Neste estudo serão consideradas tanto as emissões diretas (gases emitidos durante a produção do alumínio, vidro, das células fotovoltaicas, bateria de chumbo- ácido e durante a fabricação do módulo), quanto às emissões indiretas (emissões equivalentes de kg de CO2/kWh gasto na produção do módulo).
Para calcular os valores de kg de CO2/kWh gasto na produção do módulo devem ser utilizados os valores do fator de emissão de CO2,adotados pela composição da matriz energética de cada um dos países analisados, como mostrado na tabela 7.4.
Tabela 7.4 – Composição dos fatores de emissão equivalentes em kg de CO2/kWh para a matriz energética de diferentes países
País Fator de Emissão de CO2 da produção de eletricidade (kg-CO2/kWh)
BrasilSINT 0,054(1)
Japão 0,439(2)
Alemanha 0,530(2)
EUA 0,703(3)
BrasilSISO 0,821(4)
Fonte: Elaboração Própria á das seguintes fontes: (1) Ministério de Minas e Energia -
http://www.mme.gov.br/, (2) Krauter & Rüther (2003), (3) EnergyStar (2006)
www.energystar.gov e (4) Tiago Filho et al (2006).
Para o Brasil, foram adotados dois valores distintos, um para o sistema interligado - BrasilSINT e outro para o sistema isolado - BrasilSISO. Na formulação de dados foi adotada considerando-se que é do interesse deste estudo uma análise das possibilidades de inclusão dos sistemas fotovoltaicos tanto em países com uma matriz energética mais “limpa” quanto em países com uma matriz energética mais fóssil dependente. Deste modo é possível avaliar se é viável ou não a produção de sistemas fotovoltaicos no Brasil em seu sistema interligado, BrasilSINT, para utilização no sistema isolado, - BrasilSISO, e vice-versa. Além de poder analisar, dentro de um mesmo país, a variação dos custos ambientais e energéticos da produção de módulos PV, o Brasil se mostra como foco de interesse por possuir matriz energética diferenciadas dos demais países abordados neste estudo. Deste modo a atribuição dos valores do FE para os
sistemas Isolado e Interligado torna possível uma avaliação mais precisa sobre o processo de fabricação do módulo no Brasil.
Salienta-se ainda que, de acordo com o Departamento de Desenvolvimento Energético (DDE) do MME, não estão disponíveis os dados relativos ao fator de emissão no Brasil, embora exista um estudo em andamento, realizado pelo MME, Ministério de Ciência e Tecnologia – MCT e pelo Operador Nacional do Sistema – ONS para constituir um FE dos subsistemas do Sistema Interligado – SIN para divulgação oficial.
A dificuldade em se obter o FE refere-se ao próprio SIN que possui características diferenciadas dos sistemas elétricos de outros países onde a maioria das metodologias de cálculo de emissões foram elaboradas. Sendo assim o valor utilizado para o FE do SIN refere-se a uma avaliação preliminar dos ganhos do MDL para o PROINFA, em um trabalho realizado pelo DDE/MME em conjunto com a Universidade de Salvador – UNIFACS no ano de 2005, utilizando os dados de geração de 2003 do ONS. O valor médio do FE obtido foi 0, 054 ton CO2 / MWh.
Pra o sistema isolado, foi adotado um valor obtido pela média dos valores de emissão de CO2 emitidos por uma termoelétrica padrão de 15 MW, em função do tipo de combustível utilizado (Tiago Filho et al,2006). Estes valores são mostrados na tabela 7.5.
Tabela 7.5 – Emissão de CO2 em uma unidade termoelétrica em função do
combustível.
Combustível Fóssil Toneladas de CO2 por MW/hora
Gás Natural 0.491 Óleo Combustível 1.018 Diesel 0.975 Propano 0.552 Carvão Mineral 1.069 Total 4.105 Média 0.821
Com os dados obtidos até agora é possível montar uma tabela cruzando os valores da quantidade de CO2 emitido de acordo com a energia consumida na fabricação do módulo e com a quantidade de CO2 evitada com o funcionamento do módulo durante sua vida útil em cada país analisado. A montagem da referida tabela foi feita de acordo com a seguinte metodologia:
1) Cálculo das emissões indiretas de CO2 (EI):
GEM
FE
EI
=
×
(7.1)Onde:
• EI (Emissão Indireta) - Valor da emissão em kg equivalente de CO2 relativo ao consumo total de energia da produção do módulo.
• FE (Fator de Emissão adotado para o país) - Valores de emissão de kg equivalente de CO2 / kWh de energia gerada em cada país analisado; • GEM (Gasto de Energia do Módulo) – Valor do consumo total de
energia para produção do módulo.
2) Cálculo das Emissões Diretas de CO2 (ED):
ED é igual a Soma dos valores de emissão de CO2 e de diversos outros gases (equivalentes em CO2) durante a produção de materiais utilizados na fabricação do módulo. Para o cálculo de ED foi elaborada a tabela 7.6 montada de acordo com os valores de equivalente de CO2 da tabela 3.1.
Tabela 7.6 - Cálculo de emissão direta em equivalente de CO2 para a produção do
módulo.
EMISSÃO DIRETA EQUIVQLENTE - CO2 (kg)
Silício
Elemento Quantidade (kg) eq -CO
2 (kg)
C 1,000 3,670
FC-gases (CF4, C2F6, SF6, NF3) kg CO2-eq 0,044
Total parcial (Si) ──── 3,714
Alumínio
Elemento Quantidade (kg) eq -CO
2 (kg)
CO2 13,623 13,623
SO2 0,0056 1,520
C 0,867 3,181
Total parcial (Al) ──── 18,324
Vidro
Elemento Quantidade (kg) eq -CO
2 (kg)
CO2 3,557 3,557
SO2 0,0014 0,386
Total parcial (Vidro) ──── 3,943
Bateria (Chumbo-Ácido) Elemento
Quantidade (kg) eq -CO2 (kg)
CO2 (para 1 bateria) 28,800 28,800
Total parcial (para 4 Baterias) ──── 115,200 Total emissões diretas - ED (kg eq. -CO2 ) 141,181
3) Cálculo do total de emissões de CO2 da produção do módulo (ET):
EI
ED
ET
=
+
(7.2)Onde:
• ET = total de emissões de CO2 da fabricação do módulo PV
• ED = Emissões diretas da fabricação do módulo PV
• EI = Emissões indiretas da fabricação do módulo PV
Tabela 7.7 – Total equivalentes de emissões de kg CO2 /kWh da fabricação do módulo PV.
Emissões por país (kg eq -CO2 / kWh)
País (kg - COFE(1)
2 /kWh)
GEM(2)
(kWh/ módulo) EI= FE x GEM
(3) (kg eq - CO2 / módulo) ET = ED + EI(4) (ED= 141,181) BrasilSINT 0.054 1373,72 74,181 215,362 Japão 0.439 1373,72 603,061 744,242 Alemanha 0.530 1373,72 728,069 869,250 EUA 0.703 1373,72 965,722 1106,903 BrasilSISO 0.821 1373,72 1127,821 1269,002 (1) Fator de emissão
(2)gasto d energia por módulo (3)Emissões indiretas
(4)Total de emissões
4) Cálculo das emissões de CO2 evitadas durante um ano de vida útil do módulo (EE):
Para este cálculo deve-se multiplicar o total de energia gerado pelo painel ao longo de um ano pelo fator de emissão de cada país.
FE
EE
=162,06×
(7.3)Onde:
• EE - total de emissões evitadas com a utilização do módulo PV durante um ano de funcionamento no país de destino
• 162,06 kWh – energia produzida pelo módulo PV ao longo de um ano de funcionamento.
• FE = fator de emissão do país de destino analisado
Tabela 7.8 - Emissões de CO2 Evitadas pelo módulo PV durante um ano de seu ciclo de
vida – EE/módulo
País Emissões CO2 evitadas pelo módulo durante 1 ano (kg-CO2)
BrasilSINT 8,751
Japão 71,144
Alemanha 85,892
EUA 113,928
BrasilSISO 133,051
6) Cálculo do equilíbrio de emissões de CO2 do painel fotovoltaico:
O equilíbrio de emissões de CO2 é calculado tomando-se a quantidade de CO2 gerada na produção do módulo e subtraindo este valor da quantidade de emissões de CO2 evitadas com a utilização do módulo durante de sua vida útil, com este cálculo obtem-se o saldo de emissões de CO2 da fabricação do módulo PV. Um resultado com valor positivo revela que o módulo é capaz de mitigar o CO2 gerado por sua produção, além de fazer com que a matriz energética local deixe de emitir um valor equivalente em CO2, através da geração de energia elétrica advinda de fontes fósseis. Já um valor negativo revela que o módulo não é capaz de mitigar o CO2 emitido durante a sua produção e, portanto precisaria funcionar por um tempo maior para alcançar o equilíbrio das emissões de CO2 de todo o processo. A tabela 7.9 exibe o resultado deste cálculo tendo como base nas diferentes possibilidades de mitigação de CO2 pelo módulo, de acordo com o país onde for fabricado e/ou instalado. De acordo com os países em estudo.
Tabela 7.9 – Saldo de emissões de CO2 durante ciclo de vida do painel fotovoltaico [kg]
País de origem
BrasilSINT Japão Alemanha EUA BrasilSISO
País de destino FE(1) 0,0540 0,4390 0,5300 0,7030 0,8210 BrasilSINT 0,054 3,42 -525,46 -650,47 -888,12 -1050,22 Japão 0,439 1563,25 1034,37 909,36 671,71 509,61 Alemanha 0,530 1931,93 1403,05 1278,04 1040,39 878,29 EUA 0,703 2632,84 2103,96 1978,95 1741,30 1579,20 BrasilSISO 0,821 3110,92 2502,04 2457,03 2219,38 2057,28 Fonte: Krauter & Rüther (2003), modificado.
De acordo com a tabela 7.9, valores negativos foram encontrados indicando que o painel necessita funcionar por um tempo maior que os 25 anos atribuídos para mitigar as emissões de CO2 de seu processo de fabricação. Para calcular quanto tempo o módulo precisa funcionar para que ele possa mitigar as emissões de CO2 é preciso dividir a quantidade total de emissões durante a produção (considerando o local de produção do módulo) pela quantidade de emissão de CO2 evitada durante um ano de funcionamento do painel (considerando o local de operação do módulo). Os dados da tabela 7.10, obtidos de acordo com o descrito no capítulo 5, item 5.4, equação 5, trata das diferentes possibilidades de mitigação de CO2 pelo módulo de acordo com o país de origem/ destino, para um tempo de vida útil do módulo PV estabelecido em 25 anos.
Tabela 7.10 – Período de Amortização de emissões CO2 durante ciclo de vida do painel fotovoltaico [anos].
País de origem
BrasilSINT Japão Alemanha EUA BrasilSISO País de destino FE(1) 0,054 0,439 0,530 0,7030 0,821 BrasilSINT 0,054 24,61 85,04 99,33 126,49 145,01 Japão 0,439 3,03 10,46 12,22 15,56 17,84 Alemanha 0,530 2,51 8,66 10,12 12,89 14,77 EUA 0,703 1,89 6,53 7,63 9,72 11,14 BrasilSISO 0,821 1,62 5,59 6,53 8,32 9,54 (1) Fator de emissão em kg-CO2/kWh
Depois de calcular o tempo necessário para que o módulo possa mitigar as emissões de CO2, é possível avaliar o tempo necessário para que o módulo possa cobrir tanto os gastos energéticos quanto os de mitigação de CO2, de acordo com o país onde for fabricado e/ou instalado. Este cálculo é feito somando-se os resultados obtidos com o tempo de amortização dos gastos energéticos de produção e o tempo necessário para mitigar as emissões de CO2 de cada caso, os resultados são mostrados na tabela 7.11
Tabela 7.11 - Tempo para amortizar gastos energéticos e de mitigação [anos]
País de origem
BrasilSINT Japão Alemanha EUA BrasilSISO País de destino FE(1) 0,054 0,439 0,530 0,703 0,821 BrasilSINT 0,054 33,09 93,52 107,81 134,96 153,48 Japão 0,439 11,50 18,94 20,69 24,04 26,31 Alemanha 0,530 10,98 17,14 18,60 21,36 23,25 EUA 0,703 10,37 15,01 16,11 18,19 19,62 BrasilSISO 0,821 10,10 14,07 15,01 16,80 18,01 (1) Fator de emissão em kg-CO2/kWh
Considerando-se apenas a amortização do gasto energético e das emissões de CO2, é necessário saber quanto tempo de vida ambientalmente útil possui o módulo fotovoltaico, em cada caso. Para obter este valor deve-se subtrair os valores obtidos na tabela 7.11, acima, do tempo de vida útil do painel considerado (25 anos). Os resultados são mostrados na tabela 7.12. Observa-se que um tempo de vida útil ambientalmente correta com valor negativo significa que o painel não consegue equilibrar seu gasto energético e de mitigação de CO2 durante sua vida útil e necessita funcionar por mais alguns anos (valor negativo obtido) para conseguir equilibrar os impactos negativos advindos de sua produção.
Tabela 7.12 - Tempo de vida útil ambientalmente correta do módulo fotovoltaico.
País de origem
BrasilSINT Japão Alemanha EUA BrasilSISO País de destino FE(1) 0,054 0,4390 0,530 0,703 0,821 BrasilSINT 0,054 -10,59 -71,02 -85,31 -112,46 -130,98 Japão 0,439 11,00 3,56 1,81 -1,54 -3,81 Alemanha 0,530 11,52 5,36 3,90 1,14 -0,75 EUA 0,703 12,13 7,49 6,39 4,31 2,88 BrasilSISO 0,821 12,40 8,43 7,49 5,70 4,49 (1) Fator de emissão em kg-CO2/kWh
Fica claro que é possível mitigar as emissões de CO2 com o auxilio dos painéis fotovoltaicos, com a ressalva de que deve ser observado como critério de escolha tanto o local de produção quanto o local onde os mesmos irão entrar em operação. Após verificar as possibilidades de equilíbrio energético e amortização de CO2, resta ainda
analisar a capacidade do módulo em mitigar o passivo ambiental gerado por sua fabricação, assunto tratado no próximo item.